El sistema de recuperación cerebral explora el borroso reino entre la vida y la muerte
Una de las dos definiciones legales de muerte es el cese irreversible de todas las funciones cerebrales, comúnmente conocida como «muerte cerebral». (El otro es el cese de la función circulatoria y respiratoria.) Se cree ampliamente que las células cerebrales experimentan una degeneración rápida e irreversible inmediatamente después de la muerte.Pero un sorprendente nuevo estudio, publicado el miércoles en naturaleza, Muestra que muchas funciones pueden conservarse o restaurarse, incluso horas después de la muerte. Un equipo de investigación basado principalmente en la Facultad de Medicina de la Universidad de Yale logró restaurar algunas funciones en los cerebros completos de los cerdos que habían sido sacrificados cuatro horas antes y los mantuvo durante otras seis horas.
«En resumen, si podemos hacer esto en una placa de Petri, entonces podemos tomar células del cerebro después de la muerte y mantenerlas en un cultivo celular», dijo en un comunicado de prensa el neurocientífico y líder del equipo, Nenad Sestan. haciendo esto en un cerebro completo? El sistema desarrollado por Sestan y sus colegas, llamado BrainEx, consta de tres elementos: un sistema computarizado de bombas, filtros y depósitos; un sustituto de la sangre que no contiene células pero es capaz de transportar oxígeno y varios compuestos diseñados para proteger las células y una operación quirúrgica para conectarlo todo.
Los investigadores compararon los cerebros que mantuvieron con BrainEx con los inyectados con líquido inerte o desconectados de cualquier cosa para evaluar su estado relativo en diferentes momentos. El sistema reduce la muerte celular, mantiene la integridad anatómica y restaura la circulación, el metabolismo y algunas funciones celulares. El equipo incluso pudo observar la respuesta inflamatoria de las células inmunes llamadas glía al introducir una molécula que imita la infección bacteriana. Los hallazgos sugieren que las células son más resistentes al daño causado por la interrupción del flujo sanguíneo, lo que priva al cerebro de oxígeno (lo que se denomina isquemia), mucho mejor de lo que se pensaba anteriormente. «No tenemos ninguna suposición a priori de que podamos restaurar las células a este nivel», dijo Sestein a los periodistas. «Estábamos realmente sorprendidos».
Este trabajo puede representar una contribución significativa a los métodos disponibles para estudiar el cerebro. La investigación fue financiada por el programa BRAIN (Investigación del cerebro por el avance de las neurotecnologías innovadoras) de los Institutos Nacionales de la Salud, y los expertos de los NIH también informaron a los medios. «Este es un verdadero avance en la investigación del cerebro; es una nueva herramienta que puede cerrar la brecha entre la neurociencia básica y la investigación clínica», dijo Andrea Beckel-Mitchener, líder del equipo de la Iniciativa BRAIN en el Instituto Nacional de Salud Mental. «Proporciona un acceso experimental que no hemos tenido antes; esperamos investigaciones intrigantes sobre la circulación cerebral, el metabolismo celular, otra biología celular y el mapeo de conexiones de largo alcance».
Los hallazgos inmediatos tienen implicaciones sobre cómo entendemos la muerte cerebral. «Como científicos y médicos, hemos llegado tan lejos, incluso por unos minutos, que no hay vuelta atrás; eso obviamente lo ha cambiado», dijo Madeleine Lancaster, experta No participó en el estudio de organoides cerebrales (los llamados «mini-cerebros» cultivados a partir de células madre) en la Universidad de Cambridge. Fomentar más investigaciones sobre humanos potencialmente con muerte cerebral y aprender cómo podemos traerlos de vuelta. «Extender el tiempo hasta que se declara la muerte cerebral tiene otras implicaciones: puede retrasar el momento en que los órganos estén disponibles para la donación, como se analiza en el artículo de revisión naturalezaUn beneficio a corto plazo es la oportunidad de aprender más sobre la lesión isquémica. «Queremos comprender mejor cómo las células cerebrales responden a la detención del ciclo y si podemos intervenir y rescatar estas células», dijo Sestein. «Al hacer esto, es posible que podamos encontrar mejores tratamientos para el accidente cerebrovascular y otras enfermedades que causan la muerte de las células cerebrales».
A largo plazo, el sistema podría proporcionar una forma poderosa de estudiar la conectividad cerebral, la función del circuito y los procesos de enfermedad. Ya se puede aprender una cierta cantidad utilizando cortes de cerebro, organoides cerebrales (los llamados «mini-cerebros» cultivados a partir de células madre) y cerebros post mortem, pero este sistema tiene al menos dos ventajas: Primero, los cerebros intactos ofrecen oportunidades sin precedentes para estudiar el cerebro. circuitos «Si el problema es que realmente necesitas el contexto de todo el órgano, eso definitivamente te da una ventaja», dijo Lancaster. «Si supiéramos [brain circuits] Funcional en cierto modo, ser capaz de ver un circuito completo sería muy poderoso. En segundo lugar, los estudios de autopsias limitan las observaciones a puntos discretos en el tiempo, lo que limita la comprensión de cómo se desarrolla la enfermedad. Por ejemplo, algunos han sugerido que las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer están relacionadas con la propagación de sustancias tóxicas. términos de perturbar el cerebro de varias maneras: por ejemplo, incorporar proteínas priónicas o amiloide y estudiar la proliferación”, dijo Lancaster. “Ser capaz de verlo realmente en tiempo real es muy crítico. Esta sería una forma de hacerlo. «
El equipo se comprometió con el marco ético existente desde el comienzo de la planificación del experimento. La principal de las preocupaciones éticas es si el cerebro resucitado mostrará signos de conciencia. El estudio específicamente quería evitar la pequeña posibilidad de recuperar la conciencia, y los investigadores estaban preparados para bajar la temperatura y usar anestesia para eliminar estos signos, en caso de que surgieran. Monitorearon continuamente las grabaciones eléctricas en la superficie del cerebro y no vieron ninguna evidencia de la actividad eléctrica global esperada si había algo cercano a la cognición. «Estoy bastante seguro de que no hay ninguna conciencia en estos cerebros recuperados”, dijo Christof Koch, investigador líder en neurociencia de la conciencia en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle. Koch dice que no había señales relacionadas con conciencia, ni siquiera dormir: «Solo hay una línea plana, lo que significa que no hay conciencia en absoluto».
Pero parte de la falta de actividad eléctrica puede estar relacionada con el hecho de que la solución de perfusión contiene bloqueadores de la actividad neuronal. Los investigadores incluyeron estos bloqueadores porque querían mantener el cerebro quieto para maximizar la recuperación celular. Un cerebro activo requiere un gran suministro de energía, y el mismo acto de disparar puede dañar las neuronas (un fenómeno llamado excitotoxicidad). El equipo tomó muestras de tejido para demostrar que las neuronas individuales aún eran eléctricamente funcionales, lo que necesariamente implicaba soluciones de lavado para preparar las muestras para los registros electrofisiológicos.
Pero, ¿qué sucede si no se utilizan estos bloqueadores? «No podemos hablar con certeza científica en este momento porque no realizamos estos experimentos», dijo a los periodistas Stefano Daniele, coautor principal del estudio. Si experimentos futuros como este pueden acercar el cerebro resucitado a la actividad consciente, se generará un debate sobre lo que se puede considerar una muerte verdadera. Estas consideraciones se analizan en un artículo de revisión separado escrito en coautoría por la académica legal Nita Farahany, bioética y miembro del grupo de trabajo de neuroética de la Iniciativa BRAIN, a quien los investigadores consultaron desde una etapa temprana.
El equipo también consultó con el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Universidad de Yale, y se les dijo a los miembros que el estudio no se rige por las pautas para la protección del bienestar animal. Lo más obvio es que los cerdos estaban muertos: los investigadores obtuvieron los cerebros de una planta de procesamiento de carne de cerdo, por lo que no se sacrificó ningún animal para este estudio. Bajo ninguna circunstancia se deben aplicar estas directrices a los animales criados para la alimentación.
En el futuro, este trabajo debe ser replicado por otros laboratorios que deben aprender las complejidades de los sistemas operativos manuales. El propio equipo quería determinar cuánto tiempo se podía mantener el cerebro de esta manera. La fase de perfusión del experimento duró solo seis horas porque en ese momento, los cerebros de control que no estaban en el sistema BrainEx experimentaron demasiada desintegración para poder hacer comparaciones significativas.
Si el cerebro puede funcionar durante largos períodos de tiempo y los investigadores pasan de priorizar la recuperación celular a restaurar la función eléctrica in situ, eso entraría en un territorio ético desconocido. «Hay algunas preguntas que deben responderse primero», dijo Farahany. «¿Podemos hacernos un EEG [electroencephalogram] ¿recuperar? Si hacemos esto, ¿cuáles son sus limitaciones? Entonces, ¿cuál será el impacto algún día para la investigación con animales y la investigación con humanos? En opinión de Farahany, estas incógnitas llevan lo que originalmente se pensó que era tejido muerto a una nueva categoría ética. [for greater recovery] Esto crea un estado moral diferente y requiere que lo tratemos de manera diferente «, dijo Farahany. «El enfoque más seguro que uno puede tomar es brindar a los objetos de investigación con animales una protección similar o similar. «Es probable que tales experimentos se realicen primero en roedores, inicialmente simplemente eliminando los químicos que bloquean la actividad eléctrica. Si se detecta algo que parezca actividad consciente, estaremos en un área donde se necesitan nuevas pautas éticas». Volver entonces, si empezaste a pensar en él como un animal vivo, era apropiado para minimizar cualquier riesgo de dolor o sufrimiento”, dijo Farahany. muerto Tampoco está enteramente vivo. «
